ABAQUS基礎(chǔ)——分析模型的組成

2013-08-14 by:CAD三維設(shè)計(jì)應(yīng)用中心來(lái)源:仿真在線

ABAQUS基礎(chǔ)——分析模型的組成

一個(gè)完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit分析過(guò)程,通常由三個(gè)明確的步驟組成:前處理、模擬計(jì)算和后處理。這三個(gè)步驟通過(guò)文件之間建立的聯(lián)系如下

ABAQUS基礎(chǔ)——分析模型的組成ansys結(jié)構(gòu)分析圖片1

前處理(ABAQUS/CAE)

在前處理階段需要定義物理問題的模型并生成一個(gè)ABAQUS輸入文件。盡管一個(gè)簡(jiǎn)單分析可以直接用文本編輯器生成ABAQUS輸入文件,通常的做法是使用ABAQUS/CAE或其它前處理程序,在圖形環(huán)境下生成模型。

模擬計(jì)算(ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit)

模擬計(jì)算階段使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解輸入文件中所定義的數(shù)值模型,它通常以后臺(tái)方式運(yùn)行。以應(yīng)力分析的輸出為例,包括位移和應(yīng)力的輸出數(shù)據(jù)保存在二進(jìn)制文件中以便于后處理。完成一個(gè)求解過(guò)程所需的時(shí)間可以從幾秒到幾天不等,這取決于所分析問題的復(fù)雜程度和所使用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力。

后處理(ABAQUS/CAE)

一旦完成了模擬計(jì)算并得到了位移、應(yīng)力或其它基本變量后,就可以對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估通?？梢酝ㄟ^(guò)ABAQUS/CAE的可視化模塊或其它后處理軟件在圖形環(huán)境下交互式進(jìn)行?？梢暬K可以將讀入的二進(jìn)制輸出數(shù)據(jù)庫(kù)中的文件以多種方法顯示結(jié)果,包括彩色等值線圖、動(dòng)畫、變形圖和X-Y曲線圖等。

2.1 ABAQUS分析模型的組成

ABAQUS模型通常由若干不同的部分組成,它們共同描述了所分析的物理問題和獲得的結(jié)果。一個(gè)分析模型至少要包含如下的信息:離散化的幾何形體、單元特性(element section properties)、材料數(shù)據(jù)、荷載和邊界條件、分析類型和輸出要求。

離散化的幾何形體

有限單元和節(jié)點(diǎn)定義了ABAQUS所模擬的物理結(jié)構(gòu)的基本幾何形狀。模型中的每一個(gè)單元都代表了物理結(jié)構(gòu)的離散部分,即許多單元依次相連組成了結(jié)構(gòu),單元之間通過(guò)公共節(jié)點(diǎn)彼此相互連結(jié),模型的幾何形狀由節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和節(jié)點(diǎn)所屬單元的聯(lián)結(jié)所確定。模型中所有的單元和節(jié)點(diǎn)的集合稱為網(wǎng)格(mesh)。通常,網(wǎng)格只是實(shí)際結(jié)構(gòu)幾何形狀的近似表達(dá)。

網(wǎng)格中單元類型、形狀、位置和所有單元的總數(shù)都會(huì)影響模擬計(jì)算的結(jié)果。一般說(shuō)來(lái),網(wǎng)格的密度越高(即在網(wǎng)格中單元的數(shù)量越大),計(jì)算結(jié)果就越精確。隨著網(wǎng)格密度增加,分析結(jié)果會(huì)收斂到唯一解,但用于分析計(jì)算所需的時(shí)間也會(huì)增加。通常,數(shù)值解是所模擬的物理問題的近似解答,近似的程度取決于模型的幾何形狀、材料特性、邊界條件和載荷對(duì)物理問題描述的準(zhǔn)確程度。

單元特性

ABAQUS擁有廣泛的單元選擇范圍,其中許多單元的幾何形狀不能完全由它們的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)定義。例如,復(fù)合材料殼的疊層或工字型梁截面的尺寸數(shù)據(jù)就不能通過(guò)單元節(jié)點(diǎn)來(lái)定義。這些附加的幾何數(shù)據(jù)可由單元的物理特性定義,對(duì)于定義完整的模型幾何形狀它們是必要的。(見第3章“有限單元和剛性體”)。

材料數(shù)據(jù)

對(duì)于所有單元必須指定其材料特性。然而由于高質(zhì)量的材料數(shù)據(jù)是很難得到的,尤其是對(duì)于一些復(fù)雜的材料模型,所以ABAQUS計(jì)算結(jié)果的有效性受材料數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度和范圍的制約。

加載和邊界條件

加載干擾了實(shí)際結(jié)構(gòu)并因而產(chǎn)生應(yīng)力。最常見的加載形式包括:

·點(diǎn)載荷

·表面壓力載荷

·體力,如重力

·熱載荷

應(yīng)用邊界條件可以約束模型的某一部分保持固定(零位移)或移動(dòng)指定大小的位移值(非零位移)。

在靜態(tài)分析中需要應(yīng)用足夠的邊界條件以防止模型在任意方向上的剛體移動(dòng);否則,沒有約束的剛體位移會(huì)導(dǎo)致剛度矩陣產(chǎn)生奇異。在求解階段,求解器將發(fā)生問題,并可能引起模擬過(guò)程過(guò)早中斷。在模擬過(guò)程中,如果查出了求解器問題,ABAQUS/Standard將發(fā)出警告信息。用戶要知道如何解釋這些錯(cuò)誤信息,這一點(diǎn)十分重要。如果在靜態(tài)應(yīng)力分析時(shí)看見警告信息“numerical singularity”(數(shù)值奇異)或“zero pivot”(主元素為零),用戶必須檢查是否整個(gè)或者部分模型缺少限制剛體平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的約束。

在動(dòng)態(tài)分析中,由于結(jié)構(gòu)模型中的所有分離部分都具有一定的質(zhì)量,其慣性力可防止模型產(chǎn)生無(wú)限大的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng);因此,在動(dòng)力分析時(shí),求解器的警告信息通常提示了某些其它的模擬問題,如過(guò)度塑性。

分析類型

ABAQUS可以進(jìn)行多種不同類型的模擬分析。但本指南僅涉及兩種最常見的類型:靜態(tài)(static)和動(dòng)態(tài)(dynamic)應(yīng)力分析。

靜態(tài)分析獲得的是外載作用下結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期響應(yīng)。在其它情況下,可能令人感興趣的是加載結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng):例如,在部件上突然加載的影響,如發(fā)生在沖擊過(guò)程中的響應(yīng),或在地震時(shí)建筑物的響應(yīng)。

輸出要求

ABAQUS的模擬計(jì)算過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的輸出數(shù)據(jù)。為了避免占用過(guò)多的磁盤空間,用戶可根據(jù)所研究問題的需要對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行限制。

通常應(yīng)用ABAQUS/CAE等前處理工具來(lái)定義模型中必要的輸出信息。

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